Fases da matéria Massa especifica Densidade

Transcrição

1 Fases da matéria Massa especifica Densidade

2 PRIMÓRDIOS RDIOS DA HIDROSTÁTICA TICA A hidrostática, estudo do equilíbrio dos líquidos, é inaugurada por Arquimedes. Diz a lenda que Hierão, rei de Siracusa, desafia Arquimedes a encontrar uma maneira de verificar sem danificar o objeto, se era de ouro maciço uma coroa que havia encomendado. Arquimedes soluciona o problema durante o banho. Percebe que a quantidade de água deslocada quando entra na banheira é igual ao volume de seu corpo. Ao descobrir esta relação sai gritando pelas ruas "Eureka, eureka!" (Achei, achei!). No palácio, mede então a quantidade de água que transborda de um recipiente cheio quando nele mergulha sucessivamente o volume de um peso de ouro igual ao da coroa, o volume de um peso de prata igual ao da coroa e a própria coroa. Este, sendo intermediário aos outros dois, permite determinar a proporção de prata que fora misturada ao ouro. Bom, apesar da ilustração, dizem que o fundador da matemática aplicada quase nunca tomava banho.

3 Fases da Matéria SÓLIDO LIQUÍDO GASOSO A substância apresenta forma e volume bem definidos. As partículas constituintes estão muito próximas e fortemente ligadas entre si. Exemplo: uma placa de aço ou um cubo de gelo. A substância tem a forma do recipiente que contém e volume bem definido. As partículas constituintes não estão muito próximas e nem tão fortemente ligadas entre si. Exemplo: a água que bebemos ou usamos para tomar banho A substância tem a forma do recipiente que a contém e ocupa todo seu volume. As partículas constituintes estão muito distantes entre si e praticamente inexiste forças de atração entre elas. Exemplo: o ar que respiramos, ou gás hélio

4 Fases da Matéria PLASMA: gás ionizado, normalmente, com altas temperaturas. Conduz eletricidade, gera e sofre ação de campos magnéticos. É encontrado nas estrelas (como o Sol), na iosfera a cerca de 80 ou 100 km da superfície da Terra, em lâmpadas de sódio e néon, chamas, raios, Toroidal (câmara magnética toroidal) para fusões nucleares, etc.

5 MASSA ESPECÍFICA Quando o corpo for maciço (sem partes ocas) e constituído de um único material, a densidade é chamada de massa específica do material. Na tabela a seguir temos as massa específicas de alguns materiais e as densidade de alguns corpos. Substância Massa específica (g/cm 3 ) Água 1,0 Ar 0,0013 Mercúrio 13,6 Corpo Humano 1,07

6 MASSA ESPECÍFICA Matematicamente pode ser expressa: µ= m V SUBST. No SI, usamos massa em kg e volume em m³. por isso a massa especifica deve ser medida em kg/m³. Outras unidades usadas no cotidiano:kg/l ou g/cm³ m massa de subst.(kg, g,...) V S Volume de substância(m 3, cm 3, L)

7 DENSIDADE Consideremos um corpo de massa m e volume V. A densidade (d) do corpo é definida por: d = m V No Sistema Internacional a unidade de densidade é : kg / m 3 (ou kg. m -3 ) Na prática são também, usadas: g / cm 3 (ou g. cm -3 ) e kg / L (ou kg. L -1 )

8 D = massa volume (g/cm 3 ou kg/m 3 ) Água do Mar 1024 Kg/m 3 Água Pura 1000 Kg/m 3 Água da Piscina Kg/m 3 Corpo Massa de gordura/óssea/muscular 950 Kg/m 3 Gelo 920 Kg/m 3

9 Exemplo: Um corpo em forma de cubo de aresta a = 2,0 m tem massa m = 40 kg. Qual a densidade do corpo? Resolução: O volume do corpo é: V = a 3 = (2,0 m) 3 = 8,0 m 3 Como a massa é m = 40 kg, a densidade do corpo é: d = m V d = 40 kg 8,0 m 3 d = 5,0 kg/ m 3 d = 5,0 kg / m 3 = 5,0 kg. m -3

10 ? DENSIDADE OU MASSA ESPECÍFICA? A diferença entre DENSIDADE e MASSA ESPECÍFICA fica bem clara quando falamos de objetos OCOS. Neste caso a DENSIDADE leva em consideração o volume completo e a MASSA ESPECÍFICA apenas a parte que contêm substância

11 RELAÇÃO ENTRE UNIDADES As unidades mais usadas para a densidade são kg / m 3 e g / cm 3. Vamos então verificar qual é a relação entre elas. Sabemos que: 1 m = 10 2 cm ou 1 cm = 10-2 m Assim: 1 m 3 = 10 6 cm 3 ou 1 cm 3 = 10-6 m 3 Portanto: 1 kg / m 3 = 10-3 g / cm 3 ou 1 g / cm 3 = 10 3 kg/m 3

12 Resolução de Atividades Página 20, 21, 22 e 24

13 PRINCÍPIO DE ARQUIMEDES Arquimedes (298 a.c a.c.) Quando um corpo está total ou parcialmente imerso em um fluido em equilíbrio, este exerce sobre o corpo uma força, denominada EMPUXO, que tem as seguintes características: 1 ª ) Sentido oposto ao peso do corpo ; 2 ª ) Intensidade dada por E = p F onde p F é o peso do fluido deslocado. Por fluido deslocado, entendemos o fluido que preenche o volume ocupado pelo corpo, abaixo da superfície livre do fluido.

14 No caso da figura A o volume deslocado é o volume da região hachurada. No caso da Figura B o volume deslocado é o próprio volume do corpo. Sendo d F a densidade do fluido, g a aceleração da gravidade e V F o volume de fluido deslocado, temos: E = p F = m F. g = (d F. V F ). g Portanto: E = d F. V F. g

15 EMPUXO NO COTIDIANO: 1. Objetos com densidade uniforme flutuam Objetos com densidade menor do que a do líquido no qual estão imersos flutuam. Uma bola de isopor flutua. Se a submergirmos num líquido ela tende a subir. Os dois efeitos resultam do empuxo

16 2. Objetos "ocos" flutuam Um objeto oco tem mais facilidade de flutuar. Um navio só flutua porque ele não é todo de ferro. As partes ocas ou vazias do navio reduzem sua densidade em relação àquela do ferro maciço. Um navio é tão oco que a sua densidade média é bem menor do que a densidade da água. Tigela boiando Garrafa boiando

17 3. Facilitando a flutuação As pessoas têm facilidade para boiar na água. O mesmo vale para os animais. Isso demonstra que a densidade média dos seres vivos é praticamente igual à densidade da água. Quando você estiver de barriga para cima na água, inspire uma certa quantidade de ar a mais. Você perceberá que o seu corpo passará a flutuar com mais facilidade.

18 4. Objetos mais leves que o ar Os gases também são fluidos. Eles diferem dos líquidos por possuírem uma densidade menor do que estes. A Terra é envolta por uma mistura de gases (a atmosfera terrestre). A Terra está, portanto, envolta por uma camada de fluido. Objetos cuja densidade seja menor do que a densidade da atmosfera tendem a flutuar (dizemos que esses objetos são mais leves do que o ar). Novamente aqui isso pode ser explicado pelo princípio de Arquimedes. Você já deve ter visto os dirigíveis ou balões, que são grandes objetos (relativamente leves) contendo no seu interior gases mais leves do que o ar (especialmente hidrogênio). A ascensão de um dirigível é facilitada ao inflarmos o mesmo. Esvaziá-lo facilita a sua descida.

19 5. Os icebergs Os icebergs são grandes massas de água no estado sólido, que se deslocam seguindo as correntes marítimas nos oceanos. Em geral, a ponta do iceberg corresponde a menos de 10% do volume total do mesmo. O gelo tem uma densidade ligeiramente menor do que a água, próxima do ponto de fusão da mesma. Assim, os icebergs flutuam devido à menor densidade do gelo.

20 EXPERIMENTO: Garrafa Chuveirinho MATERIAL 1. Garrafa de plástico com tampa de rosca 2. Prego 3. Água 4. Tigela COMO FAZER 1. Encha a tigela de água. 2. Fure a base da garrafa com o prego e a coloque dentro da tigela. 3. Coloque água dentro da garrafa e feche. 4. Segure a garrafa pela boca sem apertá-la e a levante.

21 O QUE ACONTECE Mesmo com a garrafa furada, enquanto estiver tampada, a água não cai. Se abrir, a água começa a cair; se fechar, a água pára. Por que acontece?

22 A pressão atmosférica, que age em todas as direções aplica uma força através dos furos da garrafa e segura a água dentro. Como essa pressão não age diretamente na parte de cima quando está fechada, a água não cai. Mas se destampar, a pressão atmosférica entra em ação e faz a água cair.